전기차폐배터리활용현황과시사점 KDB 미래전략연구소산업기술리서치센터구지선 (jsvm48@kdb.co.kr) 20 년이후폐배터리배출량증가가예상되어, Recycling( 재활용 ), Reuse( 재사용 ) 방법으로지속가능한자원선순환생태계구축이필요함 Recycling, Reuse 의활용에앞서폐배터리의법규와사후관리체계의구체화가 필요하며, 안정적인물량확보, 안전성, 가격등에대한검토가필요함 전기차보급증가에따라 20 년이후폐배터리배출물량증가예상 년파리기후협약채택에따라전기차보급확대되고있으며 향후전기차 보급은지속적성장세예상 년국내기준전기차 대보급 누적 연평균약 년 의성장률기록 미세먼지관리종합대책으로 년까지전기차 만대공급할계획 는전기차용배터리시장은 년용량기준 로 성장하여연평균향후 로성장예상 전기차배터리는통상 년사용후폐기가되며 초기전기차시장은 년 형성되어 년이후폐배터리증가예상 에너지경제연구원은 년국내기준전기차폐배터리는 개가배출 될것으로추정 배터리시장전망 전기차사용후폐배터리배출추정치및추정량 자료 : SNE 리서치 (2018.2.12), 글로벌이차전지시장동향및산업전망 자료 : 에너지경제연구원 (2018.12.30), 전기차사용후배터리거래시장구축을위한정책연구 전기차의폐배터리사업은 Recycling( 재활용 ) 과 Reuse( 재사용 ) 방식으로구분 전기차배터리는충전능력이초기용량대비 이하로감소되면운행상의 이슈 로배터리교체가필요함 * 주행거리감소, 충전 방전속도저하등으로전기자동차용도로사용은어려움 Weekly KDB Report 2019. 9. 30 4
교체대상배터리는 수준의용량을보유하고있어 재활용 과 재사용 방식으로재활용방안강구필요 은배터리를분해하여 등의핵심물질을추출하여 재활용하는방식으로국내에는성일하이텍이대표업체임 는폐배터리의상태를평가하여 로용도변경을통한활용으로 국내외완성자동차업체에서적극적으로연구개발중 * ESS(Energy storage system) : 에너지저장장치, 저장장치에전력을저장하여, 향후필요시전력공급 UPS(Uninterruptible power system) : 무정전전원장치, 정전시비상전원을공급해주는설비 전기차의폐배터리 Recycling 은환경편익증진외에도안정적인재료확보측면 에서긍정적인시각존재 폐배터리내의중금속 독성화학물질등의유해물질회수를통해환경편익 증진가능 폐배터리매립처리시배터리내의유해물질이토양및지하수를오염시키며 소각할경우독성가스배출등환경문제발생 배터리구성의 는양 음극활물질 로구성되어있으며 대부분의재료를 수입에의존하고있어 배터리 으로안정적인재료확보가가능할 것으로예상 전기차수요증가로전기차배터리주요소재인 등소재수요증가전망 특히 함량을높이는개발방향에따라 수요는큰폭으로증가예상 * 양극활물질 : 리튬이온의공급원으로충전시리튬이온을방출하고방전시리튬이온을흡수, 음극활물질 : 충전시리튬이온과전자를흡수하고방전시리튬이온과전자를방출 배터리원가구성 배터리 4 대소재수요전망 구성 비중 (%) 양극활물질 ( 코발트, 망간, 니켈 ) 40 음극활물질 ( 리튬 ) 10 분리막 15 전해질 10 기타 ( 조립등 ) 25 합계 100 자료 : 조윤상, 하태원, 정승원 ( 19.5 월 ) 리튬이차전지시장및기술동향분석과대응방향, 산은조사월보 자료 : SNE 리서치 ( 19.5 월 ), 글로벌전기자동차시장및배터리수급전망 Weekly KDB Report 2019. 9. 30 5
국내외대표적인폐배터리 업체는아래 개업체로 아래의업체 이외에도 한국 일본 코스모 일본 등존재 폐배터리 Recycling 대표업체 구분 성일하이텍 Umicore Rrunp GEM 국가 한국 벨기엘 중국 중국 capacity 1,000 ton/yr 7,000 ton/yr 3,000 ton/yr 5,000 ton/yr recycled products 코발트, 니켈 처리방식습식건식 + 습식습식습식주 : capacity는 Cobalt 기준생산량자료 : 성일하이텍 (2018.3.30), 폐리튬이온배터리재활용필요성및업계동향, 각사홈페이지재구성 전기차의폐배터리 Recycling 시장확대를위해서는극복해야할이슈존재 폐배터리에관한법령체계의미흡으로배터리수집및운송에이슈존재 전기차폐배터리는대기환경보전법에따라각지자체앞반납하고있는실정 이나 반납이후의관리체계가미비한상태 또한 폭발가능성있는배터리를안전하고 충분하게확보하는수집및운송 과정에있어어려움존재 전기차의폐배터리 Reuse 는 Pack, Module, Cell 단위로분해하여사용 초기용량대비 이하로저하된배터리는전기차용도로부적합하나 용도 변경으로짧게는 년에서길게는 년이상사용이가능 성능저하된배터리는급제동 가속등의고출력을요구하는자동차에는 사용이어렵지만 고출력을요구하지않는용도로변환하여사용가능 전기차배터리 시 배터리 단위뿐아니라하위단위까지분해하여 사용가능함 배터리 단위로분해가가능하나 하위단위로갈수록분해 비용 시간이증가되며 상위로갈수록불량률이높아지는 관계 경제성측면에서 단위의 검토가활발함 Weekly KDB Report 2019. 9. 30 6
Reuse 배터리의활용단위별특징 구분 Cell 단위 Module 단위 Pack 단위 형상 해체시간 / 난이도 上中下 장점 - 불량 Cell 에대한대처능력우수 - 단위체적당에너지밀도높음 - 다양한형태의 ESS 구성용이 - 해체비용저렴 - 일정수준의단위체적당에너지밀도확보 - Pack 해체비용無 - 단순조립 ESS 생산가능 - 소형 ESS 로활용도상승예상 단점 - 해체소요시간 비용증가 - 해체시화재위험성 - Test 소요시간및비용증가 - Module 내일부 Cell 불량시성능저하우려 - 단위체적당에너지밀도저하 - 특정 Module, Cell 불량시성능저하우려 자료 : 성일하이텍 (2018) 폐리튬이온배터리재활용필요성및업계동향, 에너지경제연구원 (2018.12.30) 전기차사용후배터리거래시장구축을위한정책연구, 이데일리 (2017.10.3) 배터리의구성 셀 모듈 팩 을재구성 전기차의 Reuse 배터리사업은완성자동차업체중심으로연구 개발초기단계 이며, 상업적인활용을위해서는유인책및안전성검토가선행되어야함 폐배터리 방식은자원순환제고 비용절감등의긍정적인부분존재 은 폐배터리의판매가격을신규제품의 수준으로분석 배터리가격은지속적으로하락세에있으며 배터리가격또한하락예상됨 년 년 기준 감소 기준 감소 다만신규배터리가격하락과폐배터리의불량률 불안정성을감안하고폐 배터리를상업적으로활용하기위해서는유인책이필요할것으로보임 New Battery Reuse Price ($/kwh) DOD (%) 250 150 Case 별재사용배터리판매가 60 50 60 50 Vehicle Health Factor Reuse Battery Selling Price ($/kwh) BEV75 0.33 83 PHEV20 0.29 73 BEV75 0.72 180 PHEV20 0.65 163 BEV75 0.33 50 PHEV20 0.29 44 BEV75 0.72 108 PHEV20 0.65 98 주 : DOD(Depth of Discharge) - 방전심도, 비율이높을수록방전량이많은사용환경 BEV75-75 mile range 전기차용배터리 PHEV20-20 mile range PHEV용배터리자료 : 포스코경영연구원 (2017), 전기차가견인하는 ESS 시장 연도별배터리가격 자료 : 포스코경영연구원 (2017), 전기차가견인하는 ESS 시장 Weekly KDB Report 2019. 9. 30 7
최근이슈화된 화재에따라안전성문제가부각되고있는상황에서 폐배터리부분의안전성확보의검토가선행되어야함 월 월중총 건화재사고가발생하였으며 산업통상자원부에서안전성 기준을마련하여대응중임 배터리사용사례는국내외완성자동차제조업체가주도하여진행중이며 국내의경우 년현대자동차가폐배터리와신규배터리를결합하여 로 제조한사례존재 국외의경우도 의완성자동차업체위주로 사례가 있으나실용화단계는아니며 연구단계수준임 폐배터리 Reuse 사례 구분 현대자동차 ( 한국 ) GM ( 미국 ) BMW ( 독일 ) Nissan ( 일본 ) 협력업체 Reuse 용도 피엠그로우 ABB Vattenfall & Bosch Eaton Energy ( 한국 ) ( 스위스 ) ( 스웨덴 ) & ( 독일 ) ( 영국 ) ESS ESS ESS ESS 사이트 현대제철 당진제철소 미국미시간주 Milford GM 기업데이터센터 독일함부르크 암스테르담아레나 스포츠경기장 저장용량 1 MWh 80 KWh 2.8 MWh 4 MWh 자료 : 에너지경제연구원 (2018.12.30.) 전기차사용후배터리거래시장구축을위한정책연구, Electric Cars Report Nissan and Eaton to make Amsteram ArenA moer energy efficient with battery storage, 각사홈페이지재구성 전기차폐배터리의활용은지속가능한자원선순환생태계구축을이루기위해 필요하나극복이슈존재 와 방식모두폐배터리의관련법령체계의구체화를통한 안정적인물량확보와발화가능성등안전성의이슈에대해검증필요 폐배터리는현재완성자동차업계를중심으로연구개발단계이며 성능 안정성등의잔존가치평가기술체계가필요할것으로보이며 상업적으로활용되기위해서배터리의안정성보증과적정가격책정이필요함 Weekly KDB Report 2019. 9. 30 8